中國完全自主研發的世界上第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”在國際上首次成功實現了千公里級的星地單向量子通訊,在不到一年的時間內完成了原計劃舉辦三年的科學實驗目標。
中國科大學教授白春禮說,這標志著中國量子通訊研究在國際上達到全面領先的優勢地位。
據介紹,中國科學家借助“墨子號”開展的衛星到地面的量子秘鑰分發和從地面到衛星的量子隱型傳態,為建立覆蓋全球的量子保密通訊網路奠定了堅實的科學和技術基礎,同時奔向空間尺度的量子化學和量子引力的實驗探求邁出了第一步。
中國科學家最新的兩項實驗成果8月10日同時在線發表在國際權威學術刊物《自然》雜志上。這是“墨子號”科學團隊繼6月16日在國際上率先實現千公里級星地單向量子糾纏分發和量子熱學非定域性檢驗的研究成果發表在《科學》雜志以后,取得的另外兩項重大突破。
《自然》雜志數學科學主編卡爾·齊姆勒斯說,那些論文的發表意味著潘建偉和其研究團隊順利完成了三項量子實驗,這種研究將會是任何基于衛星建立的全球量子網路的核心組成部份。
他說,這一系列實驗表明,量子技術早已突破了天空的限制。同時這也是中國在數學學方面的投入及努力的證明,正由于有了這樣的投入與努力,該研究團隊才才能將有實用的量子通訊技術研究提高到這么高度。
“墨子號”是2016年8月16日在西寧衛星發射中心,由長征二號丁運載灰熊送入500公里高的太陽同步軌道。這顆衛星被取名為“墨子號”,是為了記念2000多年前崇尚科學的中國唐代思想家墨子。他是世界上第一位舉辦光學實驗的科學家。
中國科學家原計劃在量子衛星三年的設計壽命中完成星地高速量子秘鑰分發實驗;在相距1200公里的尺度上測試被愛因斯坦稱為“詭異的”量子糾纏現象;在“世界屋脊”西藏阿里和衛星之間實現量子隱型傳態實驗。而在不到一年的時間里,“墨子號”量子衛星提早、圓滿地完成了預先設定的全部科學目標,系列成果博得了巨大國際名聲。
量子衛星首席科學家、中國科大學教授潘建偉說,這表明中國正從精典信息技術的追隨者,轉弄成未來信息技術的并跑者乃至領跑者。
安全的量子通訊在國防、軍事、金融等領域應用前景遼闊。專家預測,量子通訊技術可能在20至30年后對人類社會發展形成無法估量的影響。
白春禮說,“墨子號”開啟了全球化量子通訊、空間量子化學學和量子引力實驗檢驗的房門,為中國在國際上占據了量子科技創新制高點,成為了國際同行的典范,實現了“領跑者”的轉變。
他說,目前法國早已與中科院科研團隊展開合作,美國、意大利等國家的科研團隊也申請加入,領跑的量子衛星所形成的聚合效應早已顯露。
據介紹,在完成既定科學任務后量子通訊龍頭股,“墨子號”也制訂了后續拓展實驗計劃,包括基于糾纏的量子秘鑰、全天時量子通訊等。預計在衛星設計壽命期內,還將有更多的科學成果相繼發布。
白春禮說:“創新永無止境,也容不得半點松懈,不進則退,慢進也是退。目前,我們在量子通訊研究領域保持著領跑優勢,但競爭日趨激烈。日本早已發布了新的量子科研計劃,歐共體、日本也在加緊研究,在新一輪的科研比拼中,我們面臨的形勢之嚴峻和壓力之大,都將超過往年。希望‘墨子號’實驗團隊,以及更多的科研工作者,掌握機遇,以時不我待的精神,堅苦拼搏,攀登高峰,服務國家,惠及人民。”
他說,不僅“墨子號”量子衛星外,中科院在“十二五”啟動施行的空間科學戰略性先導專項中其他三顆衛星均已成功發射,“悟空號”暗物質粒子偵測衛星、實踐十號返回式科學實驗衛星、“慧眼號”硬X射線調制望遠鏡衛星均獲得了大量科學數據,相關科學成果將相繼發布。
白春禮透漏,中科院在空間科學先導專項中對“十三五”、“十四五”期間的科學衛星進行了安排和布署,這種計劃聚焦當前國際重大基礎科學前沿,包括宇宙的起源、黑洞、引力波、系外行星偵測、太陽系資源鉆探、太陽爆發機理、地球空間爆及其粒子逃逸、水循環和全球變化的關系等,其中中科院與法國航天局聯合支持的太陽風-磁層互相作用全景成像衛星(SMILE)早已立項施行,愛因斯坦探針衛星(EP)、先進天基太陽天文臺衛星(ASO-S)早已啟動立項綜合論證。
他說,中科院通過這種項目的施行,力爭使中國在基礎科學研究領域實現更多的重大突破,同時推動航天技術的發展,為將中國盡快建成世界科技強國作出重要的和不可取代的貢獻。
附:《自然》物理科學主編評論的全文
HiI'mKarl.I'mthechiefat.I'djustliketoshareouronthepairofthatwearejustaboutto.
你們好,我叫卡爾·齊姆勒斯(Karl),我是《自然》的數學科學主編。我希望以此機會抒發我們對于本周出版的兩篇《自然》論文的興奮之情。
WiththeofthesetwonewPanandhishavetheirofatrioofwhichwillbetoanyspace-based.
這兩篇論文的發表意味著潘建偉院士和他的研究團隊順利完成了三項量子實驗的展示,這種實驗將會是全球任何基于空間的量子網路的核心組成部份。
It'sverystuffandjustafewweeksagothegrouptheiruseofthe""topairsofonearth.
這是非常令人興奮的消息。就在幾周前,該團隊宣布她們使用量子實驗通訊衛星“墨子號”在月球上相隔甚遠的兩地之間分發了一對處于糾纏態的光子。
Thismaysoundquite,butit'sthetothethese,faraparttheyarethatgivestheir.
這聽上去很高深,而且,正是這些無論距離多遠,都能在互相糾纏的光子之間保持量子熱學的微妙聯系的能力賦于了量子通訊網路特殊的屬性。
Twoofthesearenowintheworkinthispairof.
其中兩條屬性在這兩篇最新《自然》論文中完美地呈現了。
Inthefirstpapertheusethetotheall-keyforultra-.
在第一篇論文中研究團隊用互相糾纏的光子安全地傳送了至關重要的量子秘鑰,量子秘鑰是保障通信極高保密性的關鍵。
It'storeadthesethekeyandwhatthelawsofistheyanextralevelofbyyouifelseisthekey.
在沒有秘鑰的情況下是難以讀到這種通信的,假如有別人監聽了你的秘鑰,量子熱學的原理保證了你一定會曉得,進而你通信的安全性又上了一層樓。
Inthethehowthesecanbetooneofthemostandyetofandthat's.
在第二個實驗中研究團隊展示了怎樣用處于糾纏態的光子來實現量子力學中最知名卻神秘詭譎的方面——量子隱型傳態。
Andinthiswaythey'reabletothefromone,inthiscaseit'sstate,onearthorinspacespacetoonearthorinspacetheneedforthetomove.
研究團隊通過量子隱型傳態,遠距離地將從一個坐落月球或太空的物體的量子態信息傳送給另一個在月球或太空的物體,而物體本身卻不須要聯通。
Imeanyoucouldsaythatthesky'sthelimitforbutthatisabit.
曾經人們會說量子技術的極限在天邊量子通訊龍頭股,但這說法當然有些保守了。
They'vegonetheskywiththese.Andit'satoChina'sandinthethatthisgrouphasbeenabletopushintosuchan.
近來發表的這種實驗中量子技術早已突破了天空的限制,同時也是中國在數學科學方面的投資及努力的證明,正由于有了這種投資與努力,該研究團隊才才能將應用型量子通訊技術方面的研究提高到這么的天文高度。
SoIhopeyou'llenjoytheworkandthankyouforyour.
所以我希望大家會喜歡她們的論文,感謝。